《研磨加工原理》PPT课件.ppt

第三章 研磨加工原理,第三章 研磨加工原理,3.1 磨粒加工與磨粒 3.2 研磨加工的特徵 3.3 磨輪3.4 研磨加工用工作母機3.5 研磨加工原理,第三章 研磨加工原理,3.6 磨輪損耗(脫落、不脫落、填塞)與壽命 3.7 影響研磨加工面精密度的因素 3.8 各種磨床的精密機械加工原理,3.1 磨粒加工與磨粒,使用磨粒的硬粒子，進行機械式去除的加工方法，稱為磨粒加工。石器的研磨或寶石的鑽孔，與人類的出現，同為發展最古老之加工技術。現在的半導體之研磨加工，是使用最尖端的超精密加工技術。,3.1.1 磨粒加工的特徵,(1)可加工切削無法加工的硬材料：一般要以切削刀具加工碎火鋼較困難，故使用磨粒加工。(2)可做高精度的加工：磨粒加工因為是以單一的刀刃，磨除較小的體積，故可以提高加工精度。(3)刀刃的再生作用：磨粒在加工中受力而破碎，產生尖銳的刀刃，並更新刀刃。,表3.1 主要磨粒的特性,3.1.2 磨粒的種類,1.氧化鋁磨粒：現在使用於工業上的材料，是以電爐熔化氧化鋁，再徐冷而結晶的熔融氧化鋁，常使用於鐵系材料的研磨加工。2.碳化矽磨粒：碳化矽磨粒比氧化鋁磨粒硬且脆，以電阻爐的高溫反應，將矽與碳合成。碳化矽磨粒用於研磨或研光鋼以外的金屬或玻璃、石材等非金屬。,3.1.2 磨粒的種類,3.鑽石磨粒：鑽石是最硬的物質，自古以來用於寶石的研磨。鑽石的構成元素為碳，故不適合加工鋼料，用於加工玻璃、矽、硬度高的陶瓷。4.CBN磨粒：是硬度僅次於鑽石的物質，其構成元素為氮與硼，故硬且與鐵的親和性差，最適合加工碎火鋼。5.其他磨粒：使用游離磨粒的磨削加工，因為要求平滑的加工面，故在常溫是使用硬度較低的磨粒，在高溫是使用硬度不會降低的磨粒。,3.1.3 磨粒的大小(粒度)與破脆性,磨粒做為刀具使用時，必須依加工目的，選擇磨粒的大小。磨粒的大小稱為粒度，表示磨粒的數字，稱為篩孔尺寸。磨粒的破脆性與加工中刀刃的再生作用，有很大的關連，並且為左右加工性能的重要特性值。破脆性愈高，只要以很小的力量，就可以造成微細的破碎。因為產生新的磨粒刀刃，故能維持銳利的狀態，但是，磨粒的消耗較快。,3.2 研磨加工的特徵,研磨加工：是以使用結合材料，固著磨粒的磨輪，利用固定磨粒的加工，以高速旋轉圓板或圓柱狀的磨輪，利用擁有尖銳刀刃的磨粒之切削作用，來去除材料的加工方法。其加工單位比切削小，可做較高精度的加工。但是每單位時間可去除的體積比切削小，其加工效率較低，故為了減少加工時間或成本，使去除部分的體積在最小限度，是很重要的。,3.3 磨輪,研磨加工就是以高速旋轉，利用結合材料將硬粒子的磨粒，固著在圓板狀的磨輪上，以磨除工作物的加工方法。磨輪是由圖3.1所示的磨粒、結合劑及氣孔所構成，這些稱為磨輪三要素。磨粒是做為產生切屑的刀刃，結合劑是支持磨粒的構造體，磨耗後不能使用的磨粒，對脫落的再生作用有很大的影響。氣孔是收容切屑的空間，具有很重要的任務，是大大影響研磨效率或研磨能量的因素。,圖3.1 磨輪三要素,圖3.1 磨輪三要素,圖3.2 磨輪的JlS表示方法,圖3.2 磨輪的JlS表示方法,表3.2 磨輪組織,表3.3 磨輪結合劑,3.4 研磨加工用工作母機,研磨加工是使用稱為磨床的工作母機，磨床的種類很多，其代表性磨床。3.4.1 平面磨床3.4.2 圓筒磨床3.4.3 內孔磨床3.4.4 無心磨床3.4.5 限制加工目的的磨床,3.4.1 平面磨床,平面磨床用於加工平面或溝槽，依磨輪軸的方向，分為2種(圖3.3所示)。水平磨輪軸，主要以磨輪的圓筒面為工作面的臥式平面磨床與垂直磨輪軸以磨輪端面加工的立式平面磨床。將工作物載於工作台上，做往復運動的長方形工作台與做旋轉運動的圓形工作台。(a)臥式平面磨床(b)立式平面磨床,圖3.3 平面磨床,3.4.2 圓筒磨床,在切削加工中，相當於車床的工作母機為磨床。一邊以慢速旋轉工作物，一邊以高速旋轉磨輪，來研磨工作物，為以精密加工圓筒面的工作母機。依工作物相對於磨輪的進給方向，分為橫行式與凸輪式兩種(圖3.4所示)。,圖3.4 圓筒磨床,3.4.3 內孔磨床,為精密加工圓筒內孔所需磨床，如圖3.5所示，有工作物旋轉的工作物自轉式與一邊旋轉磨輪軸及一邊作行星運動的行星式兩種。在深孔的內孔研磨，加長在前端安裝磨輪的軸，其徑向的剛性很低，故容易產生磨剩或異響震動，是一種很難做到高精度加工的研磨技術。,圖3.5 內孔磨床,3.4.4 無心磨床,無心磨床就是沒有頂心的磨床，大多使用於量產的汽車或家電產品的軸類零件加工。圖3.6所示，以調整輪、承板及磨輪，做三點支撐。一邊將工作物做磨輪軸向進給，一邊做圓筒研磨。,圖3.6 無心磨床的基本構造,無心磨床之研磨,無心磨床的調整輪的作用,3.4.5 限制加工目的的磨床,(1)齒輪磨床、螺紋磨床:做為研磨加工高 精度要求的精密級齒輪或螺紋等機械元件的專用機。(2)曲軸磨床、凸輪軸磨床:為有效率加工引擎主要零件之曲軸或凸輪軸的專用機。,螺紋磨床,交錯或隔山型研磨螺紋,多山螺紋研磨分粗、中、細及外圓,3.4.5 限制加工目的的磨床,(3)刀具磨床:為研磨成形車刀或銼刀的磨床，為了加工車刀的刀鼻曲面或螺旋狀溝槽，除了X、Y、Z三軸外，傾斜、旋轉部分很多，故有多軸控制的CNC刀具磨床。(4)皮帶式磨床:以帶狀研磨布替代磨輪，並以高速磨削工作物的磨床。,3.5 研磨加工原理,3.5.1 研磨加工的準備：要求精密度的研磨加工，要做以下的準備。1.刀具準備：2.修整磨輪：3.平衡磨輪：4.研磨液：5.安全對策：,1.刀具準備,正確整形磨輪的形狀，稱為刀具準備(修整形狀)。一邊修整磨輪的工作面，一邊造形加工面的研磨加工。修整形狀用刀具使用金屬結合的鑽石磨輪，進行像圓筒研磨般加工的旋轉修整形狀(圖3.7所示)。旋轉修整形狀除了磨輪的整形外，對磨粒銳利度也是有很大影響。氧化鋁或碳化矽磨粒的磨輪，是使用單粒修整器(圖3.8所示)，像以車床般切削磨輪，來修整形狀。,圖3.7 旋轉修整形狀,圖3.8 以單粒鑽石修整器修整一般磨輪,2.修整磨輪,修整磨輪從進行刀具準備的磨輪工作面，到去除多餘結合劑的設置氣孔工作，稱為修整。一般的方法是以棒狀磨輪，黏土燒結結合劑的氧化鋁磨輪，將結合劑磨除以去掉切屑(圖3.9所示)。,圖3.9 以棒狀磨石修整超磨粒磨輪,3.平衡磨輪,磨輪是以30m/s左右的圓周速度，做高速旋轉來使用，高速研磨實際上已達到200m/s。磨輪如果不平衡，則在旋轉中會產生振動，在精加工面會留下波紋狀的凹凸面，更有使磨輪破裂的危險。修整後的磨輪平衡，不必將磨輪自凸緣上拆下。磨輪平衡是改變安裝於凸緣上的調整平衡用配重位置(圖3.10所示)。調整平衡配重，可達數微克精度。,圖3.10 調整平衡用配重的安裝方法,4.研磨液,研磨加工與切削加工一樣，也使用研磨液。(1)研磨加工比切削加工，再去除單位體積所需的能量大，比較容易因為熱而損傷。為了做到高精度加工，抑制熱膨脹，以冷卻為目的而使用研磨液。(2)沖掉磨屑或破碎的磨粒，是很重要的作用。(3)高速旋轉的磨輪要加研磨液，由於其周圍的高速，無法破壞其運動的空氣膜，使研磨液無法達到研磨點，故必須採取排除空氣膜或高壓注液的對策。,5.安全對策,由於高速旋轉的磨輪，具有極大的動能，在研磨加工中產生衝擊而破壞，則很可能產生重大事故。製造磨床的廠商有義務要安裝磨輪罩，以防止萬一磨輪破裂飛出而傷人。夾持工作物也是很重要的安全對策，在平面磨床經常使用磁性夾頭，利用其磁力來吸住工作物。,3.5.2 磨輪切刃的去除作用,(1)如圖3.11所示，磨輪的切刃形狀比切削刀具鈍，其斜角為-60以下。(2)磨輪的工作面存在有很多的切刃，且為隨機分佈。(3)多數的切刃其磨削量都很少，磨削的厚度僅有區區數微米。(4)施於磨粒切刃的力量或摩擦熱，會使磨粒產生微小破碎，產生新切刃的再生作用，故切刃的狀態隨時在變化。(5)磨粒與磨粒間有結合劑，會妨礙切屑排出。,圖3.11 磨粒切刃與切削刀具,圖3.12 磨粒切刃產生的切屑,圖3.13 磨粒切刃產生溝槽的狀態,圖3.14 切削速度對切屑變化的影響,圖3.15 切削速度的變化對切削殘量的影響,3.5.3 研磨幾何學(研磨加工面的造形原理),1.二維去除機構2.三維去除機構3.影響去除機構的因素,1.二維去除機構,在實際的磨輪工作面上，磨粒並不是規則並排，但是為了分析單純化，假設磨粒與銼刀一樣，並排在同一圓周上。圖3.16所示，為圓筒柱塞研磨時的模式圖。磨輪直徑為ds、工作物直徑為dw、磨輪圓周速度為Vs、工作物圓周速度為Vw、工作物每一迴轉的進刀量為a。將研磨過的磨粒，考慮成磨粒在磨削時。沿著磨輪外圓周的磨粒或的間隔，稱為連續切刃間隔。,圖3.16 二維磨粒的去除作用,圖3.17 研磨幾何學(圓筒研磨),圖3.17 研磨幾何學(平面研磨),2.三維去除機構,思考各磨粒磨削部分看到的三維機構，如圖3.18，各切刃做成船底形，在精加工面留下細長的研磨溝槽。從這張圖可以了解，存在於磨輪工作面的多數切刃中，有產生的切屑與加工面的造形無關。,圖3.18 三維去除機構,圖3.19 切屑的平均體積與平均切削截面積,3.影響去除機構的因素,(1)磨輪軸的迴轉精度及磨床的振動:以磨輪與工作物是做正確圓周運動或直線運動的假設基礎上。而實際上會產生數微米(m)的振動或偏擺。(2)磨輪的彈性變形:磨輪的彈性變形為鋼的數分之一到十分之一左右，故在磨輪與工作物的接觸點，磨輪的彈性變形很大。(3)結合材料的存在:在磨輪的工作面上，除了磨粒外還有結合劑，結合劑接觸到工作物，也有可能會大大妨礙切屑的排出。,3.5.4 研磨阻力與比研磨能量,1.切線研磨阻力與法線研磨阻力2.比研磨能量3.影響研磨阻力的各種因素,1.切線研磨阻力與法線研磨阻力,研磨阻力如圖3.20所示，大多由磨輪與工作物的接觸狀態，區分為切線方向的切線研磨阻力(切線分力)與切線分力垂直的法線研磨阻力(法線分力)。切削加工一般分為3分力，而在研磨加工中，磨輪軸向幾乎不產生力量，故只採用2分力。,2.比研磨能量,以去除工作物的體積除研磨能量所得到的值，稱為比研磨能量以下式表示。,3.影響研磨阻力的各種因素,研磨阻力依粒度或結合度等磨輪規格、刀具準備、修整的磨輪工作面上形態及去除效率等研磨條件，而有很大的變化。圖3.22為進行研磨，同時產生研磨阻力的變化例。為了確保精加工面的粗糙度，而進行細心的修整，則研磨阻力會變大。圖3.23為進行研磨，所測量的研磨阻力之例子。可以了解由於切刃的磨耗，會使切削阻力增加。,圖3.22 修整條件不同的研磨阻力變化,圖3.23 研磨進行中的研磨阻力變化,3.5.5 研磨熱與熱損傷(研磨燒焦、熱膨脹),在研磨加工中，去除單位體積所需的能量(比研磨能量)，比切削大，其大部分都變成研磨熱，會造成在切削加工中看不到的熱損傷或工作物的熱變形等問題。1.產生研磨熱的來源及流動2.研磨熱造成的問題3.去除研磨熱,1.產生研磨熱的來源及流動,產生研磨熱的來源，是在產生切屑的研磨點附近，如圖3.24所示，由於切刃的斜角很小，故切屑承受的剪斷變形很大，留在加工面的流動層也變大。另一方面，工作物的速度低，切刃返覆通過接觸弧，很容易累積熱量。,圖3.24 研磨點產生的熱量,1.產生研磨熱的來源及流動,產生的研磨熱轉移到切屑、工作物、磨輪、研磨液及空氣中，如圖3.25所示，大部分的熱量轉移到工作物，並且使工作物產生熱變形而降低精度，因熱損傷而成為品質降低的最大原因。,圖3.25 研磨熱的傳入比例,2.研磨熱造成的問題,由於研磨熱使工作物的溫度上昇很快，造成工作物表面變色，這種現象稱為研磨燒焦。造成研磨熱的溫度上昇，是使工作物表層的結晶組織產生變化，而降低硬度。由於機械式的去除作用，而殘留在工作物表層的塑性流動層，產生加工硬化，故研磨後的加工變質層，是因為這些原因複合而成的。圖3.26是以同一條件研磨軟鋼與碎火鋼時，測量加工面下的例子。軟鋼會產生加工硬化，而淬火鋼會在其表面附近燒焦，反而軟化。,圖3.26 研磨加工的表面硬度變化,發生研磨燒焦時的殘留應力,圖3.27所示，為產生研磨燒焦時，表層的殘留應力，由壓縮到拉伸的變化機構模式。研磨燒焦很嚴重，使殘留應力超過工作物的抗拉強度時，會產生研磨破裂。,圖3.27 發生研磨燒焦時的殘留應力機構,3.去除研磨熱,要去除研磨熱是大量將水溶性研磨液，供給到研磨點及全體工作物。減輕環境負荷的目的，在研磨液周圍，以高速吹入-30C左右的冷卻空氣之方法。另一方面，研磨速度達到2OOm/s的超高速研磨，研磨點產生的熱量在流入工作物前，就已將切屑去除，故流入工作物的比例很低，可抑制工作物的溫度上昇(圖3.28)。,圖3.28 高速研磨產生的熱量與切削的去除,3.6 磨輪損耗(脫落、不脫落、填塞)與壽命,磨粒在研磨的同時，也會磨耗或破碎。磨耗則施予磨粒的力量會增加，結果磨粒就會破碎而破壞結合劑，則磨粒就會脫落(圖3.29)。磨粒一破碎就會產生新且銳利的磨粒，舊磨粒一脫落則鄰接的磨粒就開始切削。這種作用稱為再生作用。要持續維持適度的再生作用，要依工作物特性、磨輪的規格，選擇最適合的研磨條件。,圖3.29 磨輪的再生作用,3.6.1 研磨進行中，研磨工作面的變化,在研磨工作中，產生適度的再生作用，長期保持較銳利的狀態，稱為正常研磨。相對的造成過度的再生作用，稱為磨粒脫落(圖3.30(a)。這種情形會保持較低的研磨阻力，但是，磨輪的損耗較快，故會使尺寸精度惡化，而必須常常修整。相對的像圖3.30(b)，再生作用不夠時，磨耗的磨粒經常殘留下來，磨輪工作面平滑的情形，稱為粒子脫落。,在這種狀態下，磨粒的光滑表面，會降低去除效率，而增加研磨阻力，造成發熱量過多，而容易產生熱膨脹或研磨燒焦。雖然加工面光澤，但是加工變質層變厚，而使表面的品質降低。研磨銅或鋁等富延展性的材料，如圖3.30(c)，氣孔會塞滿切屑，收納切屑的切削室會堵住，而產生類似磨粒不脫落的結果，這現象稱為填塞。加工面與填塞的切削材料凝結，而變成起伏面，使粗糙度變粗。圖3.31所示，為研磨進行與粗糙度的變化。,圖3.30 磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞,圖3.31 研磨量增加與加工表面粗糙度的變化,3.6.2 影響刀刃再生作用的因素,(1)磨輪:磨粒的磨耗、破碎特性、切刃密度、結合度、等值磨輪直徑。(2)磨削材料:硬度、高溫強度、熱傳導率、與磨粒的親和性。(3)刀具準備:磨粒的進刀深度、切刃的銳利度、切刃密度。(4)研磨條件:磨粒的進刀深度、接觸孤長度、研磨加工中的振動。(5)研磨油劑:潤滑效果、熱衝擊造成的破碎。,3.6.3 研磨比(G ratio),由於磨輪的適度消耗，而更新磨粒，保持較佳銳利度的再生作用，是研磨加工的最大特徵，但是磨輪消耗太多也很困惑。評估磨輪的消耗或壽命的指標，為研磨比(G ratio)。研磨比G就是研磨去除工作物的體積除以磨輪消耗的體積，所得到的值(G)。G=去除工作物的體積/磨輪消耗的體積,3.6.4 磨輪的壽命(修整壽命),磨輪隨著研磨的進行，工作面會產生變化，到最後變成無法達到目的的狀態。判斷壽命的項目，有以下幾項判斷的基準：(1)研磨阻力增加:由於磨粒不脫落或填塞，而降低磨輪的銳利度，則因研磨阻力增加現象。(2)加工面的粗糙度增加:磨輪過度的再生作用，會增加加工面的粗糙度。產生填塞時，會由於磨擦而增加粗糙度。(3)加工面形狀精度惡化(形狀走樣):與磨輪一樣不消耗，則會降低工作物的形狀精度。特別是直接轉印磨輪形狀的成形研磨。,3.7 影響研磨加工面精密度的因素,機械零件的精密度，在JIS中均有規定。(1)尺寸精度(長度、厚度、直徑等)JIS BO401。(2)形狀精度(真直度、平面度、真圓度等)JIS BOO21。(3)面精度(粗糙度及波狀起伏等)JIS BO601,3.7 影響研磨加工面精密度的因素,尺寸精度及形狀精度，為巨觀精度，它受支配於磨輪的運動精度或熱變形。面精度為微觀精度，它受支配於磨輪的表面狀態或振動。另外取材與加工面品質有關的加工變質層或殘留應力也是面精度的一部分。,磨床的剛性與運動精度,磨床的剛性一般比切削加工用工作母機低，其原因乃研磨加工過去只用於精加工工程，故磨輪軸的馬達輸出功率僅切削用工作母機的數分之一。在軸承零件或汽車零件的研磨加工，要求的是高效率，也有比切削用工作母機更高輸出功率的磨輪軸，以此為目的時，就必須要有較高的剛性。研磨阻力的法線分力，為切線分力的數倍大，特別是在陶瓷的研磨加工，法線分力可達切線分力的20倍以上，故磨床必須有較高的剛性。,3.7.2 磨輪及工作物的夾持狀態,1.磨輪的安裝2.工作物的夾持,1.磨輪的安裝,磨輪以凸緣的安裝夾具，將磨輪裝於磨床的主軸，凸緣當然有很高的精度，但在高速研磨，離心力造成的變形變得很大。由於凸緣壓板壓力不均勻，而使切斷磨輪產生 翹曲現象，造成切斷面精度惡化。故必須做好使壓住凸緣的力量要平均設計。在高速旋轉時，磨輪本身在徑向也會產生數十微米的膨脹，有時候徑向的膨脹量會不均勻，在研磨時會產生振動。,圖3.32 切斷磨輪高速旋轉時，產生翹曲現象,2.工作物的夾持,工作物如採用機械式夾持，則在被壓住的部分，會產生局部變形，加工後該部分的變形解放，工作物就會產生變形。研磨加工所要求的精度大多比切削加工高，故夾持工作物必須使變形做到最小。在平面磨床夾持工件，如圖(3.33(a)所示，經常使用磁性夾頭。磁鐵無法吸著的材料，則採用真空夾頭才有效(圖3.33(b)，工作物很小時，可以用黏著劑固定。,圖3.33(a)磁性夾頭,圖3.33(b)真空夾頭,磨輪工作面的狀態,1.工作準備、修整磨輪條件2.磨輪的損耗(磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞)3.磨輪工作面的深淺不均勻(結合度、組織),1.工作準備、修整磨輪條件,設定磨輪工作面的初期狀態之刀具準備、修整，是大大影響加工面表面精度或研磨阻力的重要因素。刀具準備也會改變磨粒切刃的形狀，當然也會影響粗糙度等的表面精度及研磨阻力大小。圖3.34所示，為CBN磨輪的刀具準備條件，影響研磨加工面的粗糙度及研磨阻力的變化情形。,圖3.34 刀具準備條件影響研磨阻力及粗糙度變化,2.磨輪的損耗(磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞),磨粒過度脫落，會造成磨輪形狀走樣，而無法確保工作物的形狀精度及尺寸精度。且造成加工面的粗糙度變粗。磨粒不脫落是磨粒切刃的離隙面過度磨耗，雖然不會直接影響形狀精度或粗糙度，初期的磨粒不脫落，反而會使粗糙度變小。,2.磨輪的損耗(磨粒脫落、磨粒不脫落、填塞),但是由於切削阻力的背分力增加而變形，摩擦而發熱，造成工作物變形並使尺寸精度或形狀精度惡化。產生填塞就會使加工面粗糙度極端惡化，填塞切屑的磨輪直徑會變大，會對工作物產生過度研磨的情形。,3.磨輪工作面的深淺不均勻(結合度、組織),磨輪平衡校正是磨輪的準備工作，磨輪會因平衡不良而破裂。這種情形不是因為全體磨輪不均勻，而是磨粒或結合劑不均，表示結合度及組織不均勻。使用這種磨輪，即使再細心的刀具準備、修整，也會因磨輪工作面的場所，而改變切刃的密度，而在加工面產生振動。且因磨輪損耗不均勻，而使磨輪真圓度惡化，造成更大的振動。,3.7.4 研磨阻力造成的彈性變位,高硬度、高密度陶瓷的研磨加工，其背分力非常大，即使進行無火花研磨，也無法達到所設定的尺寸。在精密研磨加工這類材料時，除了要用彈性係數大的磨輪外，也必須使用剛性高的磨床。研磨加工中，磨輪一工作物系的剛性較低，共振頻率數亦低，故研磨阻力變得愈大，越容易產生異響振動。,圖3.35切入式研磨工作物直徑減少的過程,熱造成的變形與變位,1.磨床的熱變位2.研磨熱造成的工作物變形,1.磨床的熱變位,磨床構造的高級鑄鐵，其線膨脹係數約為1.310，故溫度上昇 1OC，則lm長的工作台約伸長13m。要求次微尺寸精度的研磨加工，熱的影響會變成很大的問題。磨床的熱源有主軸馬達、工作台傳動用油壓制動器、油壓動作油等，熱傳到工作母機本體，再散播到研磨液或空氣中。在精密研磨中，控制研磨液溫度，是一件很重要的事情。,2.研磨熱造成的工作物變形,在研磨點產生的熱量，大多對流到工作物。為了抑制這種尺寸變化，必須大量供給研磨液到研磨點及工作物。供給研磨液，也不能在瞬間帶走工作物上的熱量，故大多會造成工作物形狀精度的惡化。圖3.36為平面研磨立方體工作物時，加工面形狀的粒子。在工作物中央部分，變成稍微凹陷的形狀。這就是即使供給研磨液，工作物中央部分的溫度也不會降低，中央部分在膨脹狀態下研磨，等研磨後冷卻，就變成凹陷的形狀。,圖3.36 研磨熱造成工作物的變形與加工後的表面形狀,殘留應力造成的工作物變形,研磨加工在加工面造成殘留應力，深受溫度上昇的影響，其分佈比切削加工複雜。圖3.37所示，為量測研磨加工所產生的殘留應力實例。使用CBN磨輪時，研磨點的溫度較低，從表層到某深度為壓縮力，在氧化鋁磨輪時，研磨點的溫度較高，在最外表面附近，產生極大的抗拉殘留應力。平面研磨薄板的工作物時，研磨側會有壓縮殘留應力作用，所以，夾頭一放鬆，則研磨面變成凸起的翹曲(圖3.38)。,圖3.37量測研磨加工面的殘留應力實例,圖3.38 薄板研磨加工後的變形,3.8 各種磨床的精密機械加工原理,再以研磨加工實現精密機械加工時，必須要掌握磨床、磨輪、工作物等有關元件的特性，並組合複雜的元件，找出最佳條件的經驗。3.8.1 平面磨床3.8.2 圓筒研磨3.8.3 內孔研磨3.8.4 無心研磨,3.8.1 平面磨床,1.臥式平面磨削使用最多的臥式平面磨床，主軸如圖3.39，為一種臂式的型態，其工作母機的剛性低且研磨阻力大，容易產生振動。且因溫度變化而造成主軸傾斜或主軸外伸，而使軸向變位大，故必須考慮其特性，決定使用方法。2.立式平面磨削適合大平面或在短時間內，加工高平面度的多數零件之磨床。如圖3.40，減少大的軸向推力是使用傾斜主軸的傾斜研磨法。,圖3.39 臥式平面磨床的變形,圖3.40 立式平面磨床的傾斜研磨法,3.8.2 圓筒研磨,1.滑枕水平進給式研磨在研磨加工中，由於磨輪一工作物系列的彈性變形，切剩量是相對於設定進刀量，而顯得相當大，故在滑枕水平進給式研磨的工作中，磨輪如離開工作物的端部，則如圖3.41(a)，產生過研磨。,3.8.2 圓筒研磨,在磨輪離開工作物時，由於與工作物接觸面積慢慢減少，研磨阻力減少後，使得磨剩量減少。工作物端部會留下較大的過研磨。為了不留下過研磨，如圖3.41(b)所示，磨輪不離開工作物的端部，且在反向時稍作停頓，採用切剩量一致的方法。,圖3.41滑枕水平進給式研磨,3.8.2 圓筒研磨,2.直進研磨直進研磨是將磨輪以徑向進刀方式的圓筒研磨，如圖3.43所示，用於將磨輪的形狀轉印到工作物的成形研磨。為了精修所定的尺寸，磨輪的進刀速度如圖3.42所示變化，以最後的無火花，設定得到的尺寸精度與加工表面粗糙度。,圖3.42 在切入研磨中的磨輪進刀與加工尺寸,圖3.43 成形斜角研磨,3.8.3 內孔研磨,內孔研磨是使用小直徑磨輪，會產生以下問題：(1)因為磨輪軸的直徑與長度受到限制，故剛性相當低，故由於研磨阻力產生的變形或振動，而容易使尺寸精度及表面精度惡化。(2)為了保持磨輪較佳銳利度，圓周速度必須保 持30m/s左右，在直徑lOmm以下的孔加工，期望有每分鐘10萬轉左右的高速主軸。(3)由於磨輪直徑很小，故工作面上的總切刃數很少，不容易做到較小的加工面粗糙度。而且，磨輪半徑方向的磨耗也較快。,3.8.3 內孔研磨,有關高速主軸方面，利用磁力使軸上浮的磁軸承，已實用化到每分鐘30萬轉的磁軸承。如圖3.44所示，以感測器與磁鐵可以有效控制磁軸承，故不使用機械式裝置，可巧妙的補正主軸的位置，故可以控制將研磨阻力造成主軸的變形計算在內。,圖3.44 可動型磁軸承,3.8.4 無心研磨,無心研磨必須以磨輪與調整輪及承板3點支撐來研磨，為無心研磨的基本原理。調整輪對工作物的軸向施予進給，而成形為鼓形，由於使軸成傾斜狀態，故工作物由於運動狀態，而容易成形為鼓形。工作物是夾於磨輪與調整輪之間來加工，故真圓度也容易變成圖3.45所示，具有奇數頂點的等直徑變形圓。,圖3.45 等直徑變形圓,